DE102006049108A1 - Bioactive, ruthenium-containing coating and device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Herstellung und Verwendung von neuen bioaktiven Vorrichtungen und metallischen Beschichtungen beispielsweise zur Entkeimung, Desinfektion und Dekontamination von Wasser oder wässrigen Lösungen. Dabei wird der bekannte oligodynamische Effekt des Silbers zur Keimreduktion verbessert und verstärkt durch die Kombination von Silber mit Ruthenium und einem Vitamin oder dessen Derivat. Die neuen Eigenschaften dieser bioaktiven Metalloberflächen führen zu einer schnelleren und effizienteren Abtötung von Mikroorganismen. Gleichzeitig verhindern diese neuen bioaktiven Metalloberflächen die Besiedelung mit Mikroorganismen und die Anheftung oder stabile Ablagerung von problematischen Biomolekülen wie zum Beispiel DNA, RNA oder Proteinen. So erhält man eine sich selbst reinigende Oberfläche, die bei Kontakt mit Wasser oder wässrigen Lösungen sehr schnell und effizient dessen Keimfreiheit herstellt und über längere Zeiträume aufrechterhält.The invention relates to the production and use of new bioactive devices and metallic coatings, for example for sterilization, disinfection and decontamination of water or aqueous solutions. In this case, the known oligodynamic effect of silver for germ reduction is improved and reinforced by the combination of silver with ruthenium and a vitamin or its derivative. The new properties of these bioactive metal surfaces result in faster and more efficient kill of microorganisms. At the same time, these new bioactive metal surfaces prevent colonization by microorganisms and the attachment or stable deposition of problematic biomolecules such as DNA, RNA or proteins. This results in a self-cleaning surface which, when in contact with water or aqueous solutions, very quickly and efficiently produces its sterility and maintains it over longer periods of time.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine bioaktive, rutheniumhaltige Beschichtung, insbesondere für silberhaltige Oberflächen, und eine bioaktive Vorrichtung mit einer silber- und rutheniumhaltigen Oberfläche sowie die Herstellung und Verwendung der bioaktiven Beschichtung und Vorrichtung.The The present invention relates to a bioactive, ruthenium-containing Coating, especially for silver-containing surfaces, and a bioactive device having a silver and ruthenium containing surface as well the preparation and use of the bioactive coating and device.
Bereits
1869 wird durch Ravelin und 1893 durch von Nägeli die antibakterielle Wirkung
von Silber in sehr niedrigen Dosierungen beschrieben. Die Wirksamkeit
des Silbers hat auch heute an Aktualität nichts verloren (
Mikrobielle Kontaminationen verursachen weiterhin große Probleme und kommerzielle Verluste in allen Bereichen die mit Wasserqualität, wässrigen Lösungen und Hygiene in Zusammenhang stehen. Solche Bereiche findet man zum Beispiel in Krankenhäusern, Hygieneinstituten, in der Lebensmitteltechnologie, in der Produktion, in der Klimatechnik und auch im Haushalt.microbial Contaminations continue to cause major problems and commercial problems Losses in all areas related to water quality, aqueous solutions and hygiene stand. Such areas can be found, for example, in hospitals, hygiene institutes, in food technology, in production, in air conditioning technology and also in the household.
Schon länger gibt es daher verschiedenste antimikrobielle Dekontaminationslösungen mit aggressiven chemischen Substanzen gegen Mikroorganismen, wie z.B. Formaldehyd, Alkohole, Phenole, Natriumazid, Natriummhypochlorit oder stark oxidierenden Agenzien, wie z.B. Hypochlorit, Bleichmittel oder mineralische Säure.Nice longer There is therefore a wide variety of antimicrobial decontamination solutions aggressive chemicals against microorganisms, e.g. Formaldehyde, alcohols, phenols, sodium azide, sodium hypochlorite or strong oxidizing agents, e.g. Hypochlorite, bleach or mineral acid.
Die Nachteile dieser Lösungen und Methoden bestehen darin, dass die zur Dekontamination und Desinfektion verwendeten stark aggressiven Chemikalien und oxidierenden Agenzien ein hohes korrosives und toxisches Potenzial haben. Dadurch werden behandeltes Wasser und wässrige Lösungen für den Menschen üblicherweise ungenießbar und verwendete Geräte oder Oberflächen können korrosiv geschädigt werden.The Disadvantages of these solutions and methods are that for decontamination and disinfection used highly aggressive chemicals and oxidizing agents have a high corrosive and toxic potential. This will be treated water and watery Solutions for humans usually inedible and used devices or surfaces can corrosively damaged become.
Deshalb werden solche aggressiven chemischen Lösungen zur Waschung und Spülung von Geräten, Instrumenten und Arbeitsoberflächen üblicherweise in geschlossenen Kreisläufen verwendet.Therefore Such aggressive chemical solutions are used for washing and rinsing Devices, Instruments and work surfaces usually in closed circuits used.
Eine graduelle Verbesserung dieses Problems brachte die Anwendung der Silbertechnologie. Der oligodynamische Effekt des Silbers erlaubt die Entkeimung von Wasser oder wässrigen Lösungen in einer Qualität, die für den Menschen unbedenklich ist und Materialien und Oberflächen schont. Die Silbertechnologie wird daher auch für Trinkwasser bei dessen Herstellung, Aufbereitung und Qualitätssicherung verwendet.A gradual improvement of this problem brought the application of the Silver technology. The oligodynamic effect of silver allows the sterilization of water or aqueous solutions in a quality, the for is harmless to humans and protects materials and surfaces. The silver technology is therefore also used for drinking water in its production, Preparation and quality assurance used.
Daher
wird ständig
an der Verbesserung der Effizienz der Silbertechnologie gearbeitet.
Aus der
Das kommerzielle Interesse an Materialien und Methoden zur Erhaltung der Wasserqualität oder allgemein die Qualität wässriger Lösungen für den Menschen über die Silbertechnologie unterstreicht der bereits breite kommerzielle Vertrieb von entsprechenden Produkten unter den verschiedensten Markennamen.The commercial interest in materials and methods of conservation the water quality or generally the quality aqueous solutions for the people about the Silver technology underlines the already broad commercial Sales of corresponding products among the most diverse Brand names.
Die Nachteile der bekannten Methoden zur Silbertechnologie sind ein stark verzögerter Einsatz der Wirkung nach einem Kontakt des Silbers mit Wasser und eine nur selektive antibakterielle Wirkung. So dauert es meist mehrere Stunden, häufig sogar wesentlich länger, bis nach einem Kontakt des Silbers mit kontaminiertem Wasser genügend Silberionen aus der Oberfläche freigesetzt werden, um eine ausreichende Abtötung der Mikroorganismen und eine Entkeimung des Wassers zu erreichen.The Disadvantages of the known methods for silver technology are a much delayed Use of the effect after contact of the silver with water and a only selective antibacterial effect. So it usually takes several Hours, often even much longer, until after contact of the silver with contaminated water, enough silver ions from the surface be released to a sufficient kill of the microorganisms and to achieve a sterilization of the water.
Die Silbertechnologie weist also zwei problematische Bereiche auf: 1. der zeitlich verzögerte Einsatz der keimabtötenden Wirkung und 2. das limitierte Wirkungsspektrum für die effiziente Dekontamination und Desinfektion von Wasser oder wässrigen Lösungen zur Abtötung oder Beseitigung von Mikroorganismen und problematischen Biomolekülen. Daher wird ständig nach verbesserten Methoden und Verfahren gesucht, um die Effizienz der Silbertechnologie zu erhöhen.The Silver technology therefore has two problematic areas: 1. the time delayed Use of the germicidal Effect and 2. the limited spectrum of effects for efficient decontamination and disinfecting water or aqueous solutions for killing or Elimination of microorganisms and problematic biomolecules. Therefore, will constantly looking for improved methods and procedures to increase efficiency to increase the silver technology.
Die
neuen Erkenntnisse der modernen Molekularbiologie und Gentechnologie
zeigen weiterhin, dass neben Mikroorganismen auch schon Erbinformationen
alleine, einzelne Gene oder sogar Teile davon, sowie bestimmte Proteine
ausreichen, um Erkrankungen auszulösen oder unerwünschte genetische
Veränderungen
zu verursachen (
Daher besteht in der Praxis ein Bedarf an verbesserten Materialien, Methoden und Verfahren zur effizienten und vor allem auch nicht-toxischen und nicht-korrosiven vollständigen Dekontamination und Desinfektion von Wasser oder wässrigen Lösungen zur Abtötung oder Beseitigung von Mikroorganismen und aktiven Biomolekülen, wie zum Beispiel DNA, RNA und Proteine.Therefore In practice there is a need for improved materials, methods and methods for efficient and above all non-toxic and non-corrosive complete Decontamination and disinfection of water or aqueous solutions to kill or removal of microorganisms and active biomolecules, such as for example, DNA, RNA and proteins.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und neue Materialien und Verfahren zu entwickeln, die eine verbesserte und erweiterte Wirkung der Silbertechnologie erreichen.It is therefore an object of the present invention, the disadvantages of Prior art overcome and to develop new materials and processes that improved and achieve extended effect of silver technology.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die silber- und rutheniumhaltige Oberfläche der bioaktiven Vorrichtung zusätzlich mindestens ein Vitamin oder mindestens ein Derivat eines Vitamins, mindestens eine oberflächenaktive Substanz und/oder mindestens ein zwei- oder dreiwertiges Metallion umfasst.These Task is inventively characterized solved, that the silver- and ruthenium-containing surface of the bioactive device additionally at least a vitamin or at least one derivative of a vitamin, at least a surfactant and / or at least one divalent or trivalent metal ion.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner durch eine bioaktive Beschichtung gelöst, welche zumindest Ruthenium und zusätzlich mindestens ein Vitamin oder mindestens ein Derivat eines Vitamins, mindestens eine oberflächenaktive Substanz und/oder mindestens ein zwei- oder dreiwertiges Metallion umfasst. Die erfindungsgemäße Beschichtung kann in vorteilhafter Weise entweder zusätzlich Silber oder, an Stelle von Ruthenium, Silber-Ruthenium-Bimetall-Partikel umfassen oder aber auf eine silberhaltige Oberfläche einer Vorrichtung oder eines sonstigen Gegenstandes aufgebracht werden.The Task is further according to the invention solved a bioactive coating, which at least ruthenium and in addition at least one vitamin or at least one derivative of a vitamin, at least one surface-active Substance and / or at least one divalent or trivalent metal ion includes. The coating according to the invention can advantageously either additional silver or, in place of ruthenium, silver-ruthenium-bimetallic particles or on a silver-containing surface of a device or another object.
Die Rutheniummoleküle auf der Silberoberfläche bzw. in direktem Kontakt mit Silbermolekülen dienen dabei zur schnelleren Freisetzung von Silberionen aber auch gleichzeitig als „Ankerpunkte" für die Bindung und Komplexierung von Vitaminen oder deren Derivaten, d.h. beispielsweise von Ascorbinsäuremolekülen oder deren Derivaten.The Rutheniummoleküle on the silver surface or in direct contact with silver molecules serve for faster Release of silver ions but at the same time as "anchor points" for the bond and complexing of vitamins or their derivatives, i. for example of ascorbic acid molecules or their derivatives.
Die Aufgabe wird darüber hinaus durch ein Verfahren zum Herstellen einer bioaktiven Vorrichtung gelöst, nämlich durch das Bereitstellen einer Vorrichtung mit einer silber- und rutheniumhaltigen Oberfläche, oder Aufbringen einer Ruthenium- Beschichtung auf eine silberhaltige Oberfläche der Vorrichtung, oder Aufbringen einer Silber-Beschichtung auf die Vorrichtung und anschließend Aufbringen einer Ruthenium-Beschichtung auf die Silber-Beschichtung, oder Aufbringen von Ruthenium-Silber-Partikeln auf die Vorrichtung; und Aufbringen von mindestens einem Vitamin oder mindestens einem Derivat eines Vitamins, mindestens einer oberflächenaktiven Substanz und/oder mindestens einem zwei- oder dreiwertigen Metallion auf die Silber und Ruthenium umfassende Oberfläche der Vorrichtung.The Task is about it by a method of making a bioactive device solved, namely by providing a device with a silver and ruthenium-containing surface, or applying a ruthenium coating on a silver surface the device, or applying a silver coating on the Device and subsequently Applying a ruthenium coating on the silver coating, or applying ruthenium-silver particles on the device; and applying at least one vitamin or at least one derivative of a vitamin, at least one surface-active Substance and / or at least one divalent or trivalent metal ion on the silver and ruthenium-containing surface of the device.
Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Beschichtung einer Vorrichtung gelöst, nämlich durch das Aufbringen einer Ruthenium-Beschichtung auf eine silberhaltige Oberfläche der Vorrichtung, oder Aufbringen einer Silber-Beschichtung auf die Vorrichtung und anschließend Aufbringen einer Ruthenium-Beschichtung auf die Silber-Beschichtung, oder Aufbringen von Ruthenium-Silber-Partikeln auf die Vorrichtung; und Aufbringen von mindestens einem Vitamin oder mindestens einem Derivat eines Vitamins, mindestens einer oberflächenaktiven Substanz und/oder mindestens einem zwei- oder dreiwertigen Metallion auf die Silber und Ruthenium umfassende Oberfläche der Vorrichtung.Further The object is achieved by a method for coating a device solved, namely by the application of a ruthenium coating on a silver-containing surface the device, or applying a silver coating on the device and subsequently Applying a ruthenium coating on the silver coating, or applying ruthenium-silver particles on the device; and applying at least one vitamin or at least one derivative of a vitamin, at least one surface-active Substance and / or at least one divalent or trivalent metal ion on the silver and ruthenium-containing surface of the device.
In der hier vorliegenden Erfindung wird der an sich bekannte oligodynamische Effekt des Silbers zur Keimreduktion erheblich verbessert und verstärkt durch die Kombination von Silber mit Ruthenium und einem Vitamin, vorzugsweise Ascorbinsäure oder deren Derivaten. Diese neuen bioaktiven Metalloberflächen führen zu einer schnelleren und effizienteren Abtötung von Mikroorganismen. Gleichzeitig verhindern diese neuen Metalloberflächen die Besiedelung mit Mikroorganismen und die Anheftung oder stabile Ablagerung von Biomolekülen, wie DNA, RNA oder Proteine. So erhält man eine sich selbst reinigende Oberflä che, die bei Kontakt mit Wasser oder wässrigen Lösungen sehr schnell und effizient Keimfreiheit und über längere Zeiträume erzeugt.In The present invention is the known oligodynamic Effect of silver for germ reduction significantly improved and strengthened by the combination of silver with ruthenium and a vitamin, preferably ascorbic acid or their derivatives. These new bioactive metal surfaces lead to a faster and more efficient kill of microorganisms. simultaneously prevent these new metal surfaces colonization with microorganisms and the attachment or stable deposition of biomolecules, such as DNA, RNA or proteins. So get you have a self-cleaning surface when in contact with water or aqueous solutions very fast and efficient germ-free and generated over longer periods of time.
Bei der erfindungsgemäß mit zu verwendenden silberhaltigen Oberfläche oder Silberoberfläche kann es sich um die Oberfläche eines entsprechenden Kompakt- oder Vollmaterials handeln. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann jedoch im Prinzip auch ein beliebig anderes Material (wie z.B. Kunststoff, Keramik, Glas etc.) mit einer aufgebrachten, dünnen, silberhaltigen Beschichtung umfassen, die zusammen mit der aufgebrachten äußeren Ruthenium-Beschichtung ein wirksames Ruthenium-Silber-Sandwich-System mit einer Silber- oder Silberlegierungs-Unterschicht oder -Unterlage und einer feuchtigkeits- oder nässedurchlässigen Ruthenium-Außenschicht, -Oberschicht oder -Deckschicht bildet.at the invention with too using silver-containing surface or silver surface can it is the surface a corresponding compact or solid material act. The device according to the invention However, in principle, any other material (such as e.g. Plastic, ceramics, glass, etc.) with an applied, thin, silver-containing Coating, which together with the applied outer ruthenium coating an effective ruthenium-silver sandwich system with a silver or silver alloy underlayer or backing and a moisture or wet-permeable ruthenium outer layer, -Oberschicht or -Deckschicht forms.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungen oder Beschichtungssysteme, d.h. die Ruthenium-Beschichtung und eine ggf. erforderliche Silberunterschicht (i.d.R. mit einer Dicke von 2–10 μm) werden vorzugsweise galvanisch aufgebracht oder abgeschieden. Andere Beschichtungsverfahren, wie PVD-, CVD-, Sputter-, Sol-, Gel- und Reduktionsverfahren, sind ebenfalls hierfür geeignete Plattierverfahren.The coatings according to the invention or Coating systems, i. the ruthenium coating and an optionally required silver underlayer (i.d.R., having a thickness of 2-10 μm) are preferred applied galvanically or deposited. Other coating methods, such as PVD, CVD, sputter, sol, gel and reduction methods also for this suitable plating method.
Das Aufbringen der Ruthenium-Beschichtungen wird hierbei so gesteuert, dass die silberhaltige Oberfläche durch durchgehende, vorzugsweise fein ausgebildete, freie Flächen, Öffnungen, Poren, Risse, Zwischenräume oder dergleichen in der Ruthenium-Beschichtung im Feuchtigkeitskontakt mit der Umgebung steht oder in einen Feuchtigkeitskontakt mit der Umgebung gelangen kann und dadurch einen Feuchtigkeitskontakt zwischen Silber und dem Ruthenium gewährleistet ist. Wenn die Silberoberfläche mit Ruthenium-Clustern besetzt wird, kann der oligodynamische Effekt des Silbers in vorteilhafter Weise verstärkt werden. Die vorzugsweise clusterförmigen, porösen bzw. mikrorissigen, Ruthenium-Schichten in Kombination mit Silber erlauben eine sehr viel effizientere Abgabe von Silberionen in die Umgebung. Vorzugsweise wird Ruthenium in einer Dicke im Nanometer- oder Mikrometer-Bereich aufgebracht, wobei sich eine Dicke von maximal etwa 2 μm, insbesondere etwa 0,05 μm und minimal etwa 0,005–0,01 μm besonders bewährt hat.The application of the ruthenium coatings is in this case controlled so that the silver-containing surface by continuous, preferably finely formed, free surfaces, openings, pores, cracks, gaps or the like in the ruthenium coating in moisture contact with the environment or in a moisture contact with the environment can be reached and thus a moisture contact between silver and the ruthenium is ensured. If the silver surface is occupied by ruthenium clusters, the oligo dynamic effect of silver can be enhanced in an advantageous manner. The preferably cluster-shaped, porous or microcracked, ruthenium layers in combination with silver allow a much more efficient release of silver ions into the environment. Preferably, ruthenium is applied to a thickness in the nanometer or micrometer range, with a thickness of at most about 2 .mu.m, in particular about 0.05 .mu.m and at least about 0.005-0.01 microns has proven particularly useful.
Es können aber auch Ag-Ru-Partikel eingesetzt werden, bei denen Silber und Ruthenium in elektrisch leitendem Kontakt stehen und Feuchte oder Wasser beide Metalle benetzen. Die Silber-Ruthenium-Bimetallpartikel können im Mikro- oder Nanometer-Bereich, vorzugsweise im Nanometer-Bereich mit einer Größe von etwa < 50 nm vorliegen. Silber- und Ruthenium-Partikel können auch als Einzelpartikel wirksam sein, wenn ein enger metallischer Kontakt zwischen beiden Partikelarten gegeben ist.It can but also Ag-Ru particles are used in which silver and Ruthenium in electrically conductive contact and moisture or Water wet both metals. The silver-ruthenium bimetallic particles can in the micron or nanometer range, preferably in the nanometer range with a size of about <50 nm. Silver and ruthenium particles can also be effective as a single particle when a close metallic contact between both types of particles is given.
Nano-
und Mikrometer große
Metallpartikel können
z.B. durch Mahl-, elektrochemische, chemisch reduktive, Kapillar-Elektrophorese-,
Hydrothermal-Synthese-, PVD-, CVD- oder Sol-Gel-Verfahren hergestellt werden. Nanopartikel
aus Ruthenium-Silber
(
Das galvanische Abscheiden, insbesondere das Abscheiden der erfindungsgemäßen, vorzugsweise clusterförmigen, porösen bzw. mikrorissigen, Ruthenium-Schichten, kann durch die Auswahl eines geeigneten Elektrolyten, den Metallgehalt im Elektrolyten, die Elektrolyttemperatur, den pH-Wert des Elektrolyten, die Abscheidungsdauer oder Behandlungszeit und/oder über die Stromdichte bzw. Strommenge gezielt gesteuert werden. So sind insbesondere auch die Struktur und die Dimensionierung der erfindungsgemäßen Ruthenium-Cluster, (Mikro-)Poren und Mikrorisse in der Ruthenium-Schicht durch die gewählten galvanischen Abscheidungsbedingungen bestimmt, so dass die Dicke und die Struktur der Ruthenium-Schicht bedarfsgerecht einstellbar oder gestaltbar und an den jeweiligen Anwendungszweck optimal anpassbar ist. Beim galvanischen Abscheiden ist nicht nur eine einfache und bekannte herkömmliche Prozessführung verwendbar, wobei die einzelnen Schichten eines erfindungsgemäßen Ruthenium-Silber-Sandwich-Systems einfach nacheinander abgeschieden werden können, sondern es sind auch kommerziell verfügbare, bekannte und erprobte Elektrolytsysteme dafür einsetzbar.The Electrodeposition, in particular the deposition of the inventive, preferably cluster-like, porous or microcracked, ruthenium layers, can by selection a suitable electrolyte, the metal content in the electrolyte, the electrolyte temperature, the pH of the electrolyte, the deposition time or treatment time and / or over the current density or amount of electricity can be specifically controlled. So are in particular also the structure and the dimensioning of the ruthenium clusters according to the invention, (Micro) pores and microcracks in the ruthenium layer through the selected determined by galvanic deposition conditions, so that the thickness and the structure of the ruthenium layer can be adjusted as needed or customizable and optimally adaptable to the respective application is. When galvanic deposition is not just a simple and known conventional Litigation usable, wherein the individual layers of a ruthenium-silver sandwich system according to the invention can be deposited one after another, but it is too commercially available, known and proven electrolyte systems can be used for this purpose.
Oberflächen werden vor dem Beschichten vorzugsweise zunächst gereinigt und einer Dekapierung und/oder einem Spülen unterzogen. Im Falle einer nicht elektrisch leitfähigen Vorrichtung muss die Oberfläche der Vorrichtung vor dem Aufbringen einer Silber- und Ruthenium-Beschichtung entsprechend der einem Galvaniker bekannten Verfahren vorbehandelt werden, um eine haftfeste Beschichtung mit Silber und Ruthenium zu ermöglichen.Surfaces become before coating preferably first cleaned and a pickling and / or a rinse subjected. In the case of a non-electrically conductive device must be the surface the device before applying a silver and ruthenium coating pretreated according to the method known to a galvanic Be sure to apply a strong coating of silver and ruthenium to enable.
Ein erster Hinweis auf die besondere synergistische Wechselwirkung zwischen Ruthenium und Ascorbinsäure liefert der Befund, dass Ruthenium sehr effizient in neuen Dekontaminationslösungen mit Vitaminderivaten, Metallionen und Detergentien eingesetzt werden kann.One first indication of the particular synergistic interaction between Ruthenium and ascorbic acid The finding indicates that ruthenium is very efficient in new decontamination solutions Vitamin derivatives, metal ions and detergents are used can.
Es wurden neue Lösungen und Verfahren mit zwei- oder dreiwertigen Metallionen, Vitaminderivaten und Detergentien entwickelt, die die Nachteile des Standes der Technik für universelle Desinfektions- und Dekontaminations-Lösungen überwinden und nicht mit aggressiven, korrosiven Chemikalien oder stark oxidierenden Agenzien arbeiten und außerdem die behandelten Substrate bei Raumtemperatur oder leicht erhöhten Temperaturen vollständig dekontaminieren.It were new solutions and methods with divalent or trivalent metal ions, vitamin derivatives and detergents that have the disadvantages of the prior art for universal Overcome disinfection and decontamination solutions and not with aggressive, working with corrosive chemicals or strong oxidizing agents and also the treated substrates at room temperature or slightly elevated temperatures completely decontaminate.
Es
ist bekannt, dass in physiologischen Mengen von mikromolaren Konzentrationen
Antioxidantien in Kombination mit zweiwertigen Metallionen vereinzelt
zu Schäden
und partiellen Strangbrüchen
an Nukleinsäuremolekülen führen können (
Das
systematische Austesten neuer Kombinationen von Metallionen, Vitaminderivaten
und Detergentien führte
zur Entwicklung sehr effizienter, universeller, neuer Dekontaminations-
und Desinfektionslösungen.
Weiterführende
neueste Versuche belegen, dass auch Ruthenium eine sehr effiziente
synergistische Wirkung in diesem System hat (siehe
Überraschenderweise wurde dann aber zusätzlich neu gefunden, dass die Inkubation von neu entwickelten, mit Silber und Ruthenium beschichteten Metalloberflächen in Ascorbinsäurelösungen zu einer spontanen Bindung und Komplexierung der Ascorbinsäuremoleküle an den Rutheniummolekülen führt. Dadurch bildet sich ein nachhaltiges Depot aus Ascorbinsäuremolekülen an der Metalloberfläche. Möglich ist auch eine nebeneinander liegende Silber- und Ruthenium-Beschichtung, solange ein metallischer Kontakt gegeben ist. Denkbar ist auch eine poröse, mikrorissige Silberschicht über einer porösen Ruthenium-Schicht, sofern ein Kontakt zwischen beiden Metallen durch eine wässrige Lösung gegeben ist. Diese neu entwickelten Beschichtungsysteme aus Silber, Ruthenium und Ascorbinsäure und/oder zwei und/oder dreiwertige Metallionen der 4. Periode und/oder der Nebengruppen I, II und VIII des periodischen Systems und/oder inerte Tenside haben ganz neue überraschende Eigenschaften.Surprisingly, however, it was then additionally found that the incubation of newly developed silver and ruthenium-coated metal surfaces in ascorbic acid solutions leads to spontaneous binding and complexing of the ascorbic acid molecules to the ruthenium molecules. This forms a sustainable depot of ascorbic acid molecules on the metal surface. It is also possible a side by side silver and ruthenium coating, as long as a metallic contact is given. Also conceivable is a porous, microcracked silver layer over a porous ruthenium layer, provided that a contact between the two metals is given by an aqueous solution. These newly developed coating systems of silver, ruthenium and ascorbic acid and / or two and / or trivalent metal ions of the 4th period and / or transition groups I, II and VIII of the Periodic Table and / or inert surfactants have completely new surprising properties.
Die neuen Eigenschaften dieser Metalloberflächen führen zu einer sehr viel schnelleren und effizienteren Abtötung von Mikroorganismen als es nach dem Stand der Technik mit den bisherigen Materialien und Verfahren möglich ist.The new properties of these metal surfaces lead to a much faster and more efficient killing of microorganisms than the prior art with the previous ones Materials and methods possible is.
Der Vergleich von verschiedenen Silberproben mit Silber/Ruthenium-Beschichtungen nach einer Ascorbinsäure-Behandlung in der Effizienz für die Keimabtötung macht dies deutlich.Of the Comparison of different silver samples with silver / ruthenium coatings after an ascorbic acid treatment in the Efficiency for the germ killing make this clear.
Runde
Silberbleche von 1,3 cm Durchmesser wurden galvanisch mit entsprechenden
mikroporösen
Beschichtungen versehen und dann für 24 Stunden in 0,5 M wässriger
Ascorbinsäurelösung inkubiert.
Nach der Inkubation wurden die Bleche zweimal mit sterilem Wasser
gewaschen. Ein so mit Ascorbinsäure
behandeltes Silber/Ruthenium-Blech (Ag/Ru) zeigt eine sehr viel
schnellere Keimabtötung als
die Vergleichsproben. So sind Bakterien einer Testkultur schon nach
2 bis 20 Minuten drastisch in der Keimzahl reduziert oder sogar
vollständig
abgetötet
(siehe die
Auch
ein mehrmaliges Waschen der mit Ascorbinsäure behandelten Silber-Ruthenium-Oberflächen mit
sterilem Wasser bringt keine signifikante Reduzierung der erhöhten antibakteriellen
Wirkung (siehe die
Bei Bedarf kann das Depot an Ascorbinsäure durch einfaches Aufbringen oder sogar nur Abwischen mit einer wässrigen Ascorbinsäure-Lösung wieder aufgefüllt werden. Alternativ hierzu kann das Auffüllen des Depots auch durch eine erneute Inkubation in einer Ascorbinsäurelösung erfolgen.at The deposit of ascorbic acid may be needed simply by applying it or even just wiping with an aqueous ascorbic acid solution again filled become. Alternatively, the filling of the depot also by reincubation in an ascorbic acid solution.
Die Ergänzung des Depots aus Ascorbinsäure durch Aufbringung einer dünnen Schicht aus Ascorbinsäure, Metallionen und Detergentien ergibt den besonderen zusätzlichen Effekt, dass nun auch Nukleinsäuremoleküle bei Kontakt mit dieser Oberfläche schnell und vollständig abgebaut werden. Ein entscheidender neuer Punkt für die nachhaltige Depotbildung sind dabei die erfindungsgemäß bevorzugten, clusterförmigen, porösen bzw. mikrorissigen, Ruthenium-Silber-Schichten, die eine effiziente Depotbildung unterstützen.The complement of the depot of ascorbic acid by applying a thin Layer of ascorbic acid, Metal ions and detergents give the extra special Effect that now also nucleic acid molecules on contact with this surface fast and completely be reduced. A decisive new point for the sustainable Depot formation are the inventively preferred, cluster-shaped, porous or microcracked, ruthenium-silver layers that are efficient Support custody.
Ein
Nachteil des Standes der Technik für die Silbertechnologie aber
auch allgemein für
die meisten bioaktiven Oberflächen
ist eine fehlende Abbaufunktion für problematische Biomoleküle, wie
DNA, RNA oder Proteine. Eigene Untersuchungen belegen, dass verschiedene
Plastik- oder Metalloberflächen
keine oder nur eine sehr begrenzte abbauende Wirkung auf DNA-Moleküle besitzen
(siehe
Die
besondere synergistische Wirkung der neuen Ag/Ru-Beschichtungen in Kombination mit Ascorbinsäure, Metallionen
und Detergentien zeigt sich bei Untersuchungen zur Stabilität von DNA-Molekülen auf
so beschichteten Oberflächen.
Werden definierte DNA-Proben als Kontamination auf diese Oberflächen aufgebracht
so zeigt die Analyse durch Agarosegel und Elektrophorese einen schnellen, kompletten
Abbau innerhalb von 30 Minuten bis 24 Stunden. Weitere Analysen
mit der sehr empfindlichen PCR-Technologie zeigen, dass die aufgebrachten
DNA-Moleküle schon
nach 30 Minuten nicht mehr nachweisbar sind. siehe
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen bioaktiven Vorrichtungen, Beschichtungen und Metalloberflächen zur Herstellung und Erhaltung der Keimfreiheit von Wasser oder wässrigen Lösungen zur Sicherung der Hygiene und Wasserqualität.One Another object of the present invention is the use the bioactive invention Devices, coatings and metal surfaces for manufacture and preservation the sterility of water or aqueous solutions to ensure hygiene and water quality.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Gegenständen der Unteransprüche.Further advantageous embodiments The present invention results from the objects of Dependent claims.
Die effiziente Wirkung der neuen Metalloberflächen ist umso überraschender, als nachgewiesenermaßen die jeweiligen Einzelkomponenten keine vergleichbare effiziente Wirkung zeigen.The efficient effect of the new metal surfaces is all the more surprising as proven the respective individual components no comparable efficient Show effects.
Erst die Beladung von Metalloberflächen oder Beschichtungen aus Silber und Ruthenium mit mindestens einem Vitamin oder dessen Derivaten sowie vorzugsweise noch mit zusätzlichen zwei- oder dreiwertigen Metallionen und/oder Detergentien führt zu einem synergistischen Effekt und zu einer beschleunigten, effizienteren Entkeimung wässriger Lösungen und zum Abbau problematischer Biomoleküle an diesen Metall-Oberflächen oder Beschichtungen.Only the loading of metal surfaces or coatings of silver and ruthenium with at least one vitamin or its derivatives, and preferably also with additional di- or trivalent metal ions and / or detergents leads to a synergistic effect and to an accelerated, more efficient degerming of aqueous Lö and degradation of problematic biomolecules on these metal surfaces or coatings.
Die erfindungsgemäß herzustellenden Metalloberflächen oder Beschichtungen enthalten daher Silber, Ruthenium und vorzugsweise Ascorbinsäure oder deren Derivate.The to produce according to the invention metal surfaces or coatings therefore contain silver, ruthenium and preferably Ascorbic acid or their derivatives.
Das vorzugsweise erfindungsgemäß mit zu verwendende Vitamin bzw. deren Salze oder sauren Derivate sind ein oder mehrere Verbindungen und/oder deren Salze ausgesucht aus der Gruppe der wasserlöslichen Vitamine mit den Eigenschaften von Antioxidanzien, wie vorzugsweise Vitamin C, Riboflavin und Niacin. Es wird in Mengen von etwa 1 mM bis 1000 mM bezogen auf die Gesamtlösung mit verwendet, vorzugsweise in Mengen von etwa 10 mM bis 100 mM.The preferably to be used according to the invention Vitamin or its salts or acidic derivatives are one or more Compounds and / or salts thereof selected from the group of water-soluble Vitamins with the properties of antioxidants, as preferably Vitamin C, riboflavin and niacin. It is administered in amounts of about 1 mM used to 1000 mM based on the total solution, preferably in amounts of about 10 mM to 100 mM.
Eine zusätzliche Steigerung der Wirkung kann durch das Aufbringen von dünnen Schichten aus Ascorbinsäure oder deren Derivaten und zusätzlichen oberflächenaktiven Substanzen erreicht werden. Bei den erfindungsgemäß mit zu verwendenden oberflächenaktiven Substanzen handelt es sich um anionische, nichtionische, amphotere oder kationische inerte Tenside oder um geeignete Mischungen miteinander oder untereinander. Insbesondere können Alkylethersulfate, Alkyl- und/oder Arylsulfonate, Alkylsulfate, Amphotenside, Betaine, Alkylamidoalkylamine, alkylsubstituierte Aminosäuren, alkylsubstituierte Iminosäuren, acylierte Aminosäuren und Amphotensidkombinationen verwendet werden. Grundsätzlich sind alle inerten Tenside geeignet. Inert bedeutet, dass sie weder die synergistische Lösung noch das Versuchsergebnis beeinflussen. Erfindungsgemäß bevorzugt sind anionische und nichtionische Tenside.A additional Increasing the effect can be made by applying thin layers ascorbic acid or their derivatives and additional surfactants Substances are achieved. In the invention with too using surfactant Substances are anionic, nonionic, amphoteric or cationic inert surfactants or suitable mixtures with each other or with each other. In particular, alkyl ether sulfates, alkyl and / or arylsulfonates, alkyl sulfates, amphoteric surfactants, betaines, alkylamidoalkylamines, alkyl-substituted amino acids, alkyl-substituted imino acids, acylated amino acids and amphoteric surfactant combinations. Basically all inert surfactants suitable. Inert means they are neither the synergistic solution yet influence the test result. According to the invention, anionic are preferred and nonionic surfactants.
Sie werden in Mengen von etwa 0.1 bis 10 Gew.-% bezogen auf die Gesamtlösung verwendet, vorzugsweise in Mengen von etwa 0.2 bis 0.5 Gew.-%.she are used in amounts of about 0.1 to 10 wt .-% based on the total solution, preferably in amounts of about 0.2 to 0.5 wt .-%.
Auf die erfindungsgemäßen bioaktiven Oberflächen können zusätzlich auch noch zwei und/oder der dreiwertige Metallionen aufgebracht werden. Dies sind Ionen der Metalle der 4. Periode und/oder Nebengruppen I, II und VIII des periodischen Systems der Elemente. Sie werden in Form ihrer Salze mit organischen und/oder anorganische Säuren oder Basen eingesetzt. Erfindungsgemäß bevorzugt sind ein oder mehrere Verbindungen, ausgesucht aus der Nebengruppe VIII, insbesondere Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer oder Zink.On the bioactive invention surfaces can additionally also two and / or the trivalent metal ions applied become. These are ions of the metals of the 4th period and / or subgroups I, II and VIII of the periodic system of elements. you will be in the form of their salts with organic and / or inorganic acids or bases used. According to the invention preferred are one or more compounds selected from the subgroup VIII, in particular iron, cobalt, nickel, copper or zinc.
Sie werden in Mengen von etwa 1 mM bis 100 mM, bezogen auf die Gesamtlösung verwendet, vorzugsweise in Mengen von etwa 5 mM bis 10 mM.she are used in amounts of about 1 mM to 100 mM, based on the total solution, preferably in amounts of about 5 mM to 10 mM.
Auf die erfindungsgemäßen bioaktiven Oberflächen können zusätzlich auch noch weitere übliche inerte Hilfs- und Zusatzstoffe aufgebracht werden, wie beispielsweise geeignete Puffersubstanzen zur Einstellung eines definierten pH-Wertes, wie Tris (Tris(hydroxymethyl)-aminomethan), MES (2-(Morpholino)ethansulfonsäure), HEPES (2-[4-(2-Hydroxyethyl)-1-piperazinyl]-ethansulfonsäure, MOPS (3-(N-Morpholino)propansulfonsäure), Carbonate und Derivate der Bernsteinsäure. Diese Puffersubstanzen werden in Mengen von etwa 1 mM bis 500 mM bezogen auf die Gesamtlösung verwendet.On the bioactive invention surfaces can additionally even more usual inert Auxiliaries and additives are applied, such as suitable Buffer substances for setting a defined pH, such as Tris (tris (hydroxymethyl) aminomethane), MES (2- (morpholino) ethanesulfonic acid), HEPES (2- [4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazinyl] -ethanesulfonic acid, MOPS (3- (N-morpholino) propanesulfonic acid), carbonates and Derivatives of succinic acid. These buffer substances are used in amounts of about 1 mM to 500 mM based on the overall solution used.
Als Kontakt- und Einwirkzeit zwischen erfindungsgemäßen bioaktiven Metalloberflächen und Wasser oder wässrigen Lösungen sind etwa 5 bis 20 Minuten bei Raumtemperatur oder schwach erhöhter Temperatur im Allgemeinen ausreichend zur vollständigen Dekontamination und Desinfektion. Die angewandten Verfahren sind jedoch variierbar und können den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden.When Contact and contact time between bioactive metal surfaces according to the invention and water or aqueous solutions are about 5 to 20 minutes at room temperature or slightly elevated temperature generally sufficient for complete decontamination and Disinfection. However, the methods used can be varied and can adapted to the respective requirements.
Die vorliegende Erfindung erlaubt die Entwicklung neuer bioaktiver Oberflächen für Hygiene-Anwendungen und zur Herstellung hoher Wasserqualität durch Beschichtungen aus Silber, Ru thenium und Ascorbinsäure oder deren Derivaten. Damit wird ein neuer Qualitätssprung in der Dekontamination und Desinfektion durch die Silbertechnologie erreicht, da hierdurch eine schnellere antimikrobielle Wirkung in Kombination mit einem nachhaltigen Langzeitschutz möglich ist. Gleichzeitig wird verhindert, dass sich aktive Biomoleküle, wie DNA, RNA oder Proteine, an der Oberfläche stabil anlagern.The The present invention allows the development of new bioactive surfaces for sanitary applications and for producing high water quality through coatings Silver, ruthenium and ascorbic acid or their derivatives. This is a new leap in quality in the decontamination and disinfection by the silver technology achieved as a result of this a faster antimicrobial effect in Combination with sustainable long-term protection is possible. At the same time it prevents active biomolecules, such as DNA, RNA or proteins, stably attach to the surface.
Die Erfindung wird anhand der folgenden beispielhaften Figuren und Ausführungsbeispiele veranschaulicht:The The invention is illustrated by the following exemplary figures and exemplary embodiments:
Dabei
zeigt die
Die
Die
Angaben zu den Proben:Information about the samples:
- M: DNA-Marker 1 kb Leiter; K: Kontrolle: DNA + 5 μl steriles H2O; 1: 100 mM Ascorbinsäure + 10 mM FeCl3; 2: 10 mM Ascorbinsäure + 1 mM FeCl3; 3: 100 mM Ascorbinsäure + 10 mM RuCl3; 4: 10 mM Ascorbinsäure + 1 mM RuCl3; 5: 100 mM Ascorbinsäure + 10 mM AgNO3 6: 10 mM Benzoesäure; 7: 100 mM AscorbinsäureM: DNA marker 1 kb ladder; K: control: DNA + 5 μl sterile H 2 O; 1: 100 mM ascorbic acid + 10 mM FeCl 3 ; 2: 10 mM ascorbic acid + 1 mM FeCl 3 ; 3: 100 mM ascorbic acid + 10 mM RuCl 3 ; 4: 10 mM ascorbic acid + 1 mM RuCl 3 ; 5: 100 mM ascorbic acid + 10 mM AgNO 3 6: 10 mM benzoic acid; 7: 100 mM ascorbic acid
Die
- Proben: 0: nur steriles H2O; 1: reines Silberblech (Ag); 2: Silberblech mit Ruthenium (Ag/Ru), 3: Silberblech mit Gold Ag/Au); 4: Silberblech mit Palladium und Nickel (Ag/Pd/Ni); 5: 100 mM Ascorbinsäure, 10 mM FeCl3, 6: 100 mM Ascorbinsäure, 10 mM RuCl3, (5 + 6 je mit 0,3% SDS und 0,2% Tween 20).
- Samples: 0: only sterile H 2 O; 1: pure silver plate (Ag); 2: silver plate with ruthenium (Ag / Ru), 3: silver plate with gold Ag / Au); 4: silver plate with palladium and nickel (Ag / Pd / Ni); 5: 100 mM ascorbic acid, 10 mM FeCl 3 , 6: 100 mM ascorbic acid, 10 mM RuCl 3 , (5 + 6 each with 0.3% SDS and 0.2% Tween 20).
Die
- Proben: 0: nur steriles H2O; 1: reines Silberblech (Ag); 2: Silberblech mit Ruthenium (Ag/Ru), 3: Silberblech mit Gold (Ag/Au); 4: Silberblech mit Palladium und Nickel (Ag/Pd/Ni); 5: 100 mM Ascorbinsäure, 10 mM FeCl3; 6: 100 mM Ascorbinsäure, 10 mM RuCl3, (5 + 6 je mit 0,3% SDS und 0,2% Tween 20).
- Samples: 0: only sterile H 2 O; 1: pure silver plate (Ag); 2: silver plate with ruthenium (Ag / Ru), 3: silver plate with gold (Ag / Au); 4: silver plate with palladium and nickel (Ag / Pd / Ni); 5: 100 mM ascorbic acid, 10 mM FeCl 3 ; 6: 100 mM ascorbic acid, 10 mM RuCl 3, (5 + 6 each with 0.3% SDS and 0.2% Tween 20).
Gelauftrag:gel application:
-
- K:K:
- Kontrollprobe von PlastikoberflächeControl sample of plastic surface
- M:M:
- Marker/1 kb LeiterMarker / 1 kb conductor
- 1:1:
- DNA-Probe von Ag nach AscorbinsäurebehandlungDNA sample from Ag to ascorbic acid
- 2:2:
- DNA-Probe von Ag/Au nach AscorbinsäurebehandlungDNA sample from Ag / Au after ascorbic acid treatment
- 3:3:
- DNA-Probe von Ag/Ru nach AscorbinsäurebehandlungDNA sample from Ag / Ru after ascorbic acid treatment
- 4:4:
- DNA-Probe von Pd/Ni nach AscorbinsäurebehandlungDNA sample of Pd / Ni after ascorbic acid treatment
Gelauftrag:gel application:
-
- M:M:
- Marker/1 kb LeiterMarker / 1 kb conductor
- K1:K1:
- Kontrollprobe der Plastikoberfläche nach 30 MinutenControl sample of plastic surface after 30 minutes
- K2:K2:
- Kontrollprobe der Plastikoberfläche nach 1 StundeControl sample of plastic surface after 1 hour
- K3:K3:
- Kontrollprobe der Plastikoberfläche nach 4 StundenControl sample of plastic surface after 4 hours
- K4:K4:
- Kontrollprobe der Plastikoberfläche nach 24 Stunden Control sample of plastic surface after 24 hours
- Ab1:Ab1:
- DNA-Probe der beschichteten Oberfläche nach 30 MinutenDNA sample of the coated Surface after 30 minutes
- Ab2:Starting at 2:
- DNA-Probe der beschichteten Oberfläche nach 1 StundeDNA sample of the coated Surface after 1 hour
- Ab3:From 3:
- DNA-Probe der beschichteten Oberfläche nach 4 StundenDNA sample of the coated Surface after 4 hours
- Ab4:From 4:
- DNA-Probe der beschichteten Oberfläche nach 24 StundenDNA sample of the coated Surface after 24 hours
Die DNA wurde nach der Gelelektrophorese im 1%-ige Agarosegel mit Ethidiumbromid angefärbt und fotografiert. Als Kontrolloberfläche wurde steriles Plastikmaterial verwendet.The DNA was after gel electrophoresis in 1% agarose gel with ethidium bromide stained and photographed. As a control surface Sterile plastic material was used.
Gelauftrag:gel application:
-
- +:+:
- positive Kontrolle der PCR-Reaktion mit Test-DNApositive control the PCR reaction with test DNA
- –:-:
- negative Kontrolle der PCR-Reaktion ohne DNAnegative control the PCR reaction without DNA
- M:M:
- Marker/1 kb LeiterMarker / 1 kb conductor
- K1:K1:
- Kontrollprobe von Plastikoberfläche nach 30 MinutenControl sample of plastic surface after 30 minutes
- K2:K2:
- Kontrollprobe von Plastikoberfläche nach 1 Stunde Control sample of plastic surface after 1 hour
- K3:K3:
- Kontrollprobe von Plastikoberfläche nach 4 StundenControl sample of plastic surface after 4 hours
- Ab1:Ab1:
- DNA-Probe von beschichteter Oberfläche nach 30 MinutenDNA sample from coated Surface after 30 minutes
- Ab2:Starting at 2:
- DNA-Probe von beschichteter Oberfläche nach 1 StundeDNA sample from coated Surface after 1 hour
- Ab3:From 3:
- DNA-Probe von beschichteter Oberfläche nach 4 StundenDNA sample from coated Surface after 4 hours
Literatur:Literature:
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Liste mit Erläuterung der Abkürzungen in den Figuren:List with explanation of the abbreviations in the figures:
-
- Ag:Ag:
- Argentum/SilberArgentum / Silver
- (Ag):(Ag):
- reines Silberblechpure silver sheet
- (Ag/Ru):(Ag / Ru):
- Silberblech mit Ruthenium-BeschichtungSilver sheet with ruthenium coating
- (Ag/Au):(Ag / Au):
- Silberblech mit Gold-BeschichtungSilver sheet with gold coating
- (Ag/Pd/Ni):(Ag / Pd / Ni):
- Silberblech mit Palladium- und Nickel-BechichtungSilver sheet with palladium and nickel coating
- EtBr:EtBr:
- Ethidiumbromidethidium bromide
- K:K:
- Kontrollecontrol
- M:M:
- MolekulargewichtsmarkerMolecular weight marker
- PCR:PCR:
- Polymerase Chain Reaction/PolymerasekettenreaktionPolymerase Chain Reaction / Polymerase Chain Reaction
- RT:RT:
- Raumtemperaturroom temperature
- Ru:ru:
- Rutheniumruthenium
- Sc:sC:
- Saccharomyces cerevisiaeSaccharomyces cerevisiae
- scPCP1:scPCP1:
- Saccharomyces cerevisiae Gen für Processing of Cytochrome c PeroxidaseSaccharomyces cerevisiae Gene for processing of cytochrome c peroxidase
- SDS:SDS:
- SodiumdodecylsulfateSodiumdodecylsulfate
- YEp351:YEp351:
- Yeast Episomal plasmidYeast Episomal plasmid
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